Содержание к диссертации
Введение
1, Существующие представления о тектоническом строении и динамике азово-черноморского региона в альпийское время 10
1.1 Краткий геологический обзор морфоструктур континентального обрамления Черного моря 11
1.2 Основные гипотезы геологической истории и тектонического развития 18
2. Обобщение геофизического материала по азово-черноморскому региону и составление карт геофизических полей 22
2.1 Спутниковая альтиметрия 23
2.2 Топография 50
2.2.1 Топографическая основа для региональных построений 50
2.2.2 Локальные формы рельефа 54
2.3 Сейсмические исследования 59
2.3.1 Региональные сейсмические исследования ГСЗ и КМПВ 59
2.3.2 Сейсмические исследования МОВ 69
2.4 Гравитационное поле 79
2.4.1 Исходные гравиметрические данные 79
2.4.2 Плотностные свойства пород земной коры Восточного Черноморья 84
2.4.3 Гравитационные эффекты водного слоя, береговых структур, осадочного чехла 89
2.4.4 Локальные аномалии поля силы тяжести 92
2.5 Магнитное поле 99
2.6 Изостатические аномалии 105
2.7 Сейсмогенные напряжения и деформации 107
2.8 Тепловое поле 114
2.9 Выводы (по обзору) 116
3. Анализ геофизических полей и геолого-геофизические результаты 118
3.1 Вещественный состав и глубинное строение консолидированной коры Черного моря 119
3.1.1 Плотностное моделирование вала Шатского и глубоководной Восточно-Черноморской котловины 121
3.1.2 Профиль плотностного моделирования на траверзе пос. Джубга 125
3.1.3 Разломная тектоника поднятия Шатского и Туапсинского прогиба 127
3.1.4 Районирование поля аномалий силы тяжести 134
3.1.5 Сейсмо-гравитационное моделирование литосферы вдоль профилей ГСЗ в Западной, Центральной и Восточной частях Черного моря 138
Профиль ГСЗ№25 139
Профиль ГСЗ № 17 141
Профиль ГСЗ № 28-29 143
3.2 Дополнительный фактический материал, свидетельствующий о существовании мантийного диапиризма в Черном море 146
3.2.1 Зональность магнитного поля на поднятии Шатского и вале Архангельского 146
3.2.2 Особенности морфологии дна и осадков 150
3.2.3 Аномалии теплового потока в Черном море 151
3.2.4 Изостатическая нескомпенсированность Восточного Черноморья 151
3.2.5 Современная тектоническая активность региона поданным сейсмологии и GPS наблюдениям за реперами 152
3.2.6 Выводы. Схема разломно-блоковой тектоники Черного моря 154
3.3 Интерпретация геофизических аномалий северо-восточного (Азово-Крымского) сектора 156
3.4 Тектонические и геодинамические гипотезы развития Азово-Черноморского региона в альпийское время 160
3.4.1 Палеотектонические реконструкции образования Азовского моря на ранних стадиях альпийской складчатости 161
3.4.2 Этапы развития осадочного чехла Черного моря в кайнозое 164
Заключение 168
Список литетратуры
- Основные гипотезы геологической истории и тектонического развития
- Плотностные свойства пород земной коры Восточного Черноморья
- Профиль плотностного моделирования на траверзе пос. Джубга
- Тектонические и геодинамические гипотезы развития Азово-Черноморского региона в альпийское время
Введение к работе
Азово-Черноморский регион невозможно обособить и рассматривать в отдельной изолированной структуре. Являясь частью альпийского тектонического пояса, Черное море по генезису и его современному состоянию неразрывно связано со всем обрамлением. Это проявлено в геологии, геофизических полях и при своем изучении район требует широких обобщений геолого-геофизической информации. Содержанием работы является комплексная интерпретация этих материалов, центральным звеном которых явились потенциальные поля. Исследования направлены на выяснение современной тектонической структуры и геодинамики региона в пределах акватории и её берегового обрамления. В качестве дополнительного результата в работе сформировался ряд гипотез палеотектонического развития региона в альпийское время.
Черное море, как часть альпийского пояса, в течение почти двух веков является объектом научных исследований. Однако до сих пор в выдвинутых гипотезах идет размежевание выводов и дискутируются резко противоположные мнения, касающиеся различных аспектов тектоники, геологической эволюции и даже строения осадочного чехла региона. Актуальность изучения геологического строения Черноморского региона определяется не только связью с фундаментальной проблемой формирования и динамики Альпийского тектонического пояса, но имеет прямую связь с актуальными практическими задачами нефтегазопоисковых работ.
Целью работы является построение современной комплексной геолого-геофизической модели земной коры и верхней мантии Азово-Черноморского региона, отражающей не только структурные взаимоотношения в литосфере, но и особенности ее геодинамики. Для достижения этой цели решались следующие прикладные методические задачи:
сбор, электронное представление и обобщение геологической и геофизической информации в рамках единого электронного банка данных. Отработка методики совместного использования данных набортных, сухопутных, спутниковых съемок для построения электронных вариантов карт геофизических полей (гравитационное, магнитное, рельеф);
исследование возможностей методов спутниковой альтиметрии в восстановлении рельефа дна и гравитационного поля для геологического изучения внутренних акваторий на примере Черного моря;
составление (по комплексным данным всех видов съемок) электронных вариантов карт гравитационного поля, магнитного поля, рельефа дна и берегового обрамления;
анализ исходных и трансформированных потенциальных полей, решение обратных задач, моделирование комплексных разрезов по плотностным, скоростным, магнитоактивным характеристикам.
В число решаемых геологических задач входили:
изучение строения поднятия Шатского и характера его сочленения с береговыми структурами Западного Кавказа в пределах Туапсинского прогиба;
районирование консолидированной коры Черного моря по ее вещественному составу, установление и уточнение границ блоков коры в пределах акватории;
установление элементов современной и палео-динамики в земной коре Азово-Черноморского региона, выраженных в геофизических полях;
построение комплексных геолого-геофизических разрезов литосферы вдоль профилей ГСЗ в Западной, Центральной и Восточной частях Черного моря для количественного обоснования тектонической схемы региона.
Защищаемые положения
Новые редакции геофизических полей Азово-Черноморского региона, представленных в электронном виде, масштаб 1: 1000000: а) рельеф дна Черного моря и его сухопутного обрамления, б) гравитационные эффекты водного слоя, рельефа берегового обрамления, осадочной толщи, в) аномальное гравитационное поле в различных редукциях, г) аномальное магнитное поле ДТ.
Сейсмо-гравитационные модели литосферы вдоль профилей ГСЗ в Западной, Центральной и Восточной частях Черного моря.
Схема разломно-блоковой тектоники и вещественного состава консолидированного основания акватории Черного моря;
Результаты геологической интерпретации аномальных геофизических полей (гравитационных, магнитных, тепловых, сейсмических и сейсмологических). Среди них:
доказано существование глубинного восходящего мантийного диапира в Восточной глубоководной котловине Черного моря;
выявлено существование поддвига субокеанической коры со стороны Восточно-Черноморской впадины под континентальный блок Скифской плиты в районах Керченского, Таманского полуостровов и Западного Кавказа;
определены границы погруженных структур обрамления Восточно-Черноморской котловины (поднятие Шатского, вал Архангельского, блок Андрусо-ва, Понтийские блоки), имеющих субконтинентальный тип коры;
показано, что гранито-гнейсовое основание поднятия Шатского и складчатого сооружения Западного Кавказа по генезису близки и относились к единому тектоническому блоку Скифской плиты;
выявлено различие скоростей поддвига земной коры вдоль Туапсинского прогиба;
доказано существование в континентальной коре северного и западного обрамления Черного моря системы внутрикоровых излияний основного и ультраосновного состава, что подтверждает и дополняет ранее сделанные выводы украинских геофизиков (В.Б, Бурьянов, В.И. Старостенко).
Научная новизна
Получены новые результаты о погрешностях использования альтиметри-ческих баз данных (Topex-gravity, Topex-relief, Sandwell-l, Predict-relief) для всех уровней геолого-геофизических изысканий {мелко-, средне-, крупномасштабные) и указаны границы применимости спутниковых гравиметрических аномалий и данных о рельефе дна в сложных морфологических условиях акватории Черного моря, обрамленной горными сооружениями.
Создана электронная основа геофизических полей для построения новых карт по Азово-Черноморскому региону:
а) рельеф дна и берегового обрамления, масштаб 1: 1000000;
б) аномальное магнитное поле ДТ на акваторию и береговое обрамление,
масштаб 1:1 000 000;
в) серии гравиметрических карт, масштабы I: 1000000, 1: 200000.
3. Предложена новая модель тектонического строения и геодинамического состояния коры Азово-Черноморского региона, представленная в геолого-геофизических разрезах и площадных схемах, согласованных по комплексу геофизических данных.
Практическая ценность. Рассчитанные оценки качества альтиметрических данных для разномасштабных построений могут быть применены при геолого-геофизических исследованиях на других акваториях внутренних и окраинных морей.
Полученные электронные варианты карт геофизических полей представляют самостоятельную ценность для будущих исследований в регионе.
Методика обработки и интерпретации потенциальных полей в условиях сложного рельефа континентальных склонов представляет значительный интерес в детальных работах на поиски углеводородов в Российском секторе Черного моря.
Фактический материал. В анализ были включены открытые материалы, опубликованные по Азово-Черноморскому региону. Кроме того, благодаря теснейшему научному сотрудничеству ГНЦ «Южморгеология» и кафедры геофизики геологического факультета МГУ автор диссертационной работы имел возможность использовать ранее необработанные и неопубликованные материалы съемок потенциальных полей, включив их в анализ обобщенных карт. В ряде случаев имеющиеся материалы дополнялись съемками других организаций (МГУ, ВНИИГеофизика и). Альтиметрические данные о гравитационном поле и рельефе дна были взяты из открытых источников Интернета. Особую ценность представляют данные профильных съемок ГСЗ в современной интерпретации, выполненной на кафедре сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ (Пийп В.Б., Ермаков А.П.).
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях ("Морская Геофизика", Геленджик, 1999, 2001; IUGG2003, Саппоро, Япония, 2003; Семинар им. Д.Г. Успенского, Москва, 2004, Пермь, 2005; "Геомодель", Геленджик, 2004), российских геолого-геофизических конференциях (4-е, 5-е, 7-е Геофизические Чтения имени В.В. Федынского, Москва, 2002, 2003, 2005; XXXVII Тектоническое совещание, Новосибирск, 2004), молодежных научных конференциях ("Ломоносов", Москва, 2003,2005; "Геофизика", Санкт-Петербург, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 6 статей и 14 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 185 страниц основного текста, 4 таблицы, 65 рисунков. Список литературы составляет 162 наименований.
Первая глава посвящена обзору существующих представлений о тектоническом строении Азово-Черноморского региона. В главе даны краткие характеристики морфоструктур берегового обрамления и приводится список наиболее известных гипотез образования Черного моря. Огромное количество мнений о геологической истории региона связано с недостатком фактического материала, обработанного и проанализированного на современном уровне развития геологии.
Во второй главе проводится обзор широкого круга геофизических работ, имевших место на акватории Черного моря. На основе обработки данных съемок потенциальных полей (гравитационного и магнитного), эхолотирования дна моря строится серия электронных вариантов карт по всей акватории и, частично, береговому обрамлению, отвечающая масштабу 1: 1000000.
В третьей главе на основе комплексного анализа геофизического материала, описанного во второй главе, строится модель современной тектоники Азово-Черноморского региона, высказывается гипотеза относительно возможного образования Азово-Крымского сектора и дается поэтапная развертка развития осадочного чехла Черного моря в кайнозое.
Благодарности. Автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность своему научному руководителю и Учителю доктору физико-математических наук, профессору В.Р. Мелихову за постоянное внимание и помощь в постановке задачи и выполнении работы.
Автор искренне признателен доктору физико-математических наук А.А. Булычеву, докторам геолого-минералогических наук В.К. Хмелевскому, А.Г. Гайна-нову, научному сотруднику Д.А. Гилод, кандидату физико-математических наук К.В. Кривошее, М.П. Куликовой, Н.Н, Сапрыкиной, аспирантам А.Н. Зайцеву, СИ. Селеменеву, А.В. Антипову, создающих особую атмосферу доброжелательности, внимания и взаимовыручки в лаборатории гравиметрии кафедры геофизики МГУ.
Автор выражает особую благодарность своим родителям, без поддержки которых выход этой работы был бы невозможен.
Настоящую работу автор посвящает памяти своей бабушки Лыгиной Клавдии Арсентьевны.
Основные гипотезы геологической истории и тектонического развития
Дискуссия о проблеме происхождения Черного моря ведется почти беспрерывно на протяжении уже двух веков. С первых работ Э, Зюсса (1886) вплоть до 90-х годов ушедшего столетия в опубликованных исследованиях идет размежевание выводов, при этом доминируют резко противоположные гипотезы, касающиеся различных аспектов тектоники, геологической эволюции региона и даже строения осадочного чехла, В череде этих представлений находятся (к сожалению, из-за ограниченности объема работы автор не может перечислить всех исследователей, внесших тот или иной вклад в изучение региона): Андрусов Н.Л. (1893), Добрынин Б.Ф. (1922) полагали, что Черное море внутриконтинентальная грабенообразная структура неоген-четвертичного возраста.
" Обручев В.А. (1926), Наливкин В.П. (1928), Личков Б.Л. (1928), Архангельский А,Д. и Страхов Н.М. (1933), Муратов М.В. (1949) рассматривали Черное море как современную динамически активную геосинклинальную область, последовательно погружающуюся.
Позже Муратов М.В. (1955а) пересмотрел свои взгляды, интерпретируя базальтовое основание под дном Черного моря в качестве реликта океанической коры. Милановский Е.Е. (1967), Сорский А.А. (1966), Гончаров В.П. (1972) и др. развили идеи Муратова М.В. о реликте океанической коры, взяв во внимание мощность осадочного чехла, и пришли к выводу о Палеозойском и даже Докембрийском возрасте формирования бассейна.
Гедельянц А.А. и др. (1958), Непрочное Ю.П. (1966) первыми показали отсутствие гранитного слоя в центральной части Черного моря, поддерживая взгляды об океаническом типе коры.
Dewey J. (1973), Вардепетьян А.Н. (1981) подобно Муратову М.В. (1955а) рассматривали безгранитную кору как остаток океанической коры океана Тетис ранне-мелового возраста.
Апольский О.П. (1974) рассматривал Черное и Каспийское моря как результат эшелонированных левосторонних сбросо-сдвигов распространяющихся от юго-восточных Карпат в Каспийский регион.
Наиболее признанным является механизм горизонтального растяжения коры, который находит прямое подтверждение в структурах и мощности осадочного комплекса. По этим данным Черноморская котловина является наложенной на обрамляющие её" структуры, которые она активно поглощала в течение всего кайнозоя. О причинах растяжения мнения варьируют:
Кропоткин П.Н, (1967), Гамкрелидзе И.П. (1976), Адамия Ш.А. (1974) первы ми предположили наличие рифтовой структуры, расположенной на продолжении Ад жаро-Триалетской депрессии и приведшей к разрыву континентальной коры с последующим её раздвигом. Позднее Белявский Н.А. и Михайлов А.Е. (1980) отнесли начало рифтогенеза к Юре,
Идея площадного рифтогенеза, так называемого, «ареального спрединга», выразившаяся в «базификации» коры котловины Черного моря была предложена Субботиным СИ. (Земная..., 1975), а проявленная в «эклогитизации» - Артюшковым Е.В. (1980), Лебедевым Л.И. (1980).
Адамия Ш.А. (1974), Bocaletti М. (1974) развили гипотезу происхождения Черного моря как остатка задугового бассейна, расширявшегося с позднего мела до палеогена. Идея была развита Letouzey J. (1977), который использовал концепцию тектоники литосферпых плит для объяснения формирования Черного моря. По его мнению, Черное море возникло как задуговыи бассейн в тылу Понтииских гор при субдукции ложа мезозойского океана Тетис в северном направлении с позднего мела по эоцен-олигоцен. Эта идея неоднократно развивалась в более поздних работах (Zonenshain L.P. and LePichon X., 1986; Finetti I., et al., 1988; Gorur N., et al., 1988; Никишин A.M. и др., 1997, Паталаха Е.И., 2003).
" В работах (Buryanov, V.B. et al., 1998; Starostenko V.I. et al., 2004) находит объяснение "наличие интенсивных гравитационных аномалий по периметру Черноморской плиты", которые В.Б. Бурьянов связывает с базит-гипербазитовыми интрузиями главной фазы рифтогенеза Черноморского бассейна в начале позднего мела, являющимися дифференциатом задугового апвеллинга, и развивается идея рассеянного рифтин-га- спрединга Черноморской плиты, инициируемого снизу мантийным апвеллингом.
Общепризнанным среди исследователей является факт отсутствия в центральной части глубоководной котловины Черного моря гранито-гнейсового слоя. Однако, в связи с неоднозначностью интерпретации, в первую очередь, геофизического материала, граница области не является точно определенной и отличается формой представления в разных публикациях, не смотря на ограниченное количество сейсмических материалов, доступного исследователям (Gealey,1988, Строение..,, 1989; ВоиІІп, 1991; Okay et.al., 1994; Spadini et al.,1996 и др.). Некоторые исследователи вообще ставят под сомнение существование океанической коры в Восточной впадине (Finetti et al.,1988; Meredith, Egan, 2002). В работах (Robinson A. et al, 1995;Spadini et al.,1996; Никишин A.M. и др., 2001) предполагается, что каждая из впадин сложена океанической или сильно растянутой континентальной корой.
Плотностные свойства пород земной коры Восточного Черноморья
Результаты расчетов гравитационных эффектов водного слоя, береговых структур, осадочного чехла, "гранитного" и "базальтового" слоев, земной коры и верхней мантии проводились в работах (Гончаров и др., 1972; Земная кора..., 1975; Комплексное..., 1983; Строение..., 1989). В последних работах Старостенко В.И. (Starostenko V., et al., 2004) предлагается расчет гравитационного эффекта водного слоя и осадочного чехла в узлах регулярной сети размером 20x25 км. На отдельных площадях с незначительными изменениями гравитационного поля и минимальными вариациями мощности осадочного чехла размер сети увеличивается до 50 км в целях уменьшения затрат машинного времени при объемных вычислениях {Starostenko V., et al, 2004).
Перед автором, в первую очередь, стояла задача получения гравитационных эффектов за влияние водной толщи и береговых структур для акватории Черного и Азовского морей, которые в дальнейшем могли быть использованы для вычисления аномалий Буге в профильных и площадных работах вплоть до масштаба 1: 200000. Поправки были рассчитаны на основе программ, разработанных в лаборатории гравиметрии геологического факультета МГУ. Шаг дискретизации исходных матриц рельефа при вычислении интегралов составил 2x2 км2. Мощность аппроксимируемых слоев - 50м и 5м для масс суши и водной толщи соответственно. Плотность вмещающих пород 2.30 г/см3, плотность морской воды 1.03 г/см3. Карты раздельных гравитационных эффектов водной толщи и береговых структур представлены на рис. 2.4,9. Расчет поправки за влияние береговых структур на акваторию (рис. 2.4.9 б, в) показал, что эффективные значения (0.2 мГал) могут быть прослежены только на расстоянии до 50 км от берега. Значения поправки быстро уменьшаются при удалении от аномалеобразующих структур. Таким образом, при дальней зоне, ограниченной 200 км, сказывается только влияние больших горных сооружений, расположенных вблизи берега, таких как Крымские горы, Кавказский хребет, максимальных значений поправки достигают в непосредственной близости от горных сооружений (рис. 2.4.9 б,в). Рисунок 2.4.10 содержит карту суммарных гравитационных эффектов топографии дна Черного, Азовского морей, водного слоя и эффект берегового горного рельефа в радиусе до 200 км.
Для стыковки набортных гравиметрических измерений у Кавказского побережья и изданных гравитационных карт в редукции Буге на территорию Западного Кавказа топографическая поправка для акватории рассчитывалась отдельно с учетом имеющегося массива детального эхолотирования (рис. 2.2.5). Параметры расчета были оставлены прежними: радиус учета масс также выбран 200 км, высота горизонтальных слоев 5 м для водного слоя и 50 м для рельефа суши. Плотность приведения для береговых структур 2,30 г/см3, а водного слоя 1,27 г/см3 (рис. 2.4.11).
На рисунке 2.4.12 представлен гравитационный эффект всей осадочной толщи до подошвы кайнозойских отложений (в редакции Туголесова Д.А., рис. 2.3.5). Закон изменения плотности с глубиной соответствует вышеописанному (глава 2.3.1, рис. 2.4.8).
На рисунке 2.4.13 представлена карта аномалий поля силы тяжести в редукции Буге (Опород - 2.30 г/см3) Азово-Черноморского региона, рассчитанная по спутниковым аномалиям в свободном воздухе (Topex-gravity) (рис. 2.1.3) с введенными топографическими поправками за водный слой и береговые структуры (рис. 2.4.10).
Устранением гравитационного эффекта осадочной толщи, рассчитанного в предьщущем параграфе (рис. 2.4.12), из поля аномалий Буге (рис. 2.4.13) получена карта остаточных аномалий поля силы тяжести (рис. 2.4.14). В остаточном поле содержатся эффекты консолидированного основания акватории. Полосовой фильтрацией (период выделяемых аномалий 30 — 100 км, на основе проведенного частотного анализа) этого поля выделены относительно низкочастотные эффекты коровых и мантийных неоднородностей, которые отражают петро-плотностную характеристику основания (рис. 2.4.15) - содержат гравитационный эффект структурно-плотностных неоднородностей слоя, заключенного между акустическим фундаментом и подошвой коры. Иными словами - это интегральное отражение преимущественно вещественного состава блоков консолидированной коры.
Для стыковки поля силы тяжести, измеренного на акватории (рис. 2.4.5) и на суше, в зоне сочленения Западного Кавказа и Черного моря построено гравитационное поле в редукции Буге с плотностью промежуточного слоя 2.30 г/см3 (рис. 2.4.16). Значения поля по суши взяты с Гравиметрической карты СССР, 1979г. (сг=2.30 г/см3) Как было показано в предыдущем параграфе, плотность склоновых участков близка к значениям 2.0 г/см3. Следовательно, структура поля искажена ошибками введения поправок за резко градиентные разломные зоны на границе континентального шельфа. Исследование частотных спектров полей показало обобщенную оптимальную полосу средних частот с максимумом на периоде -17,2 км, характеризующих блокировку консолидированного фундамента. Для устранения высоко градиентных аномалий-помех и низкочастотных гравитационных эффектов низов земной коры с помощью полосовой фильтрации выделены аномалии периода 10-20 км (рис. 2.4.17а). Применив фильтр-усилитель (вертикальная производная), подчеркнутые локальные аномалии стали более яркими (рис. 2.4.176). В морфолгических характеристиках локальных полей, проявленных линиями максимальных градиентов, знаками и амплитудами локальных аномалий выявились почти одинаковые системы субпараллельных зон кавказского и антикавказского простираний. Анализу этих аномалий посвящен параграф 3.1.3.
Первые схематические представления о магнитном поле Черного моря дали исследования ИЗМИР АН СССР, проведенные в 1958-1959 годах. В 1966-1968 годах совместными силами ОМГР ВНИИГеофизнка и ИО АН СССР была проведена гидромагнитная съемка, по результатам которой составлена кондиционная карта аномального магнитного поля Черного моря масштаба 1: 2 500 000. В 1976-1978 годах в восточной части моря выполнена съемка масштаба 1: 1 000 000. В 1984-1985 годах ЦГЭ МИНГЕО УССР были проведены магнитная и гидромагнитная съемки в Азовском море и прилегающих районах. Пожалуй, самыми масштабными гидромагнитные работы на Черном море проводили в НПО "Южморгеология" в период с 1967 по 1991 годы. Однако до последнего времени полного обобщения магнитометрического материала для всей акватории Черного моря и прилегающих территорий суши не было выполнено, не смотря на то, что интерпретацией аномалий магнитного поля на Черном море в разное время занималось большое количество исследователей Гайнанов А.Г. (1966), Я.П. Маловицкий (1972) Е.Г. Мирлин (1972), Г.В. Осипов (1977), А.А. Терехов (1977), Б.Д. Углов, А.А. Шрейдер (1997), L. Besutiu (2004), и другие.
Профиль плотностного моделирования на траверзе пос. Джубга
Важнейшей информацией о динамике коры является сейсмическая активность региона. Сведения о сейсмичности Крыма и особенно Кавказа приведены по летописным и инструментальным данным во множестве изданий (Земная..., 1975; Золотое Е.Е. и др., 2001; Короиовский Н.В. и др., 2000; Никонов А.А., 2001; Широкова Е.И., 1962; Ritsema A.R., 1969). С внедрением многокомпонентных сейсмологических наблюдений началось изучение распределения вектора напряжений в очагах землетрясений. В Кавказском регионе первые публикации относятся к началу 60-х годов {Широкова Е.И., 1962). Были обработаны 20 наиболее сильных землетрясений, произошедших здесь за период 1951-1959 гг. Несколько позже они были пополнены материалами по другим регионам Средиземноморского пояса {Земная..., 1975; Ritsema A.R., 1969).
Наиболее полный и систематизированный каталог известных землетрясений Северной Евразии (SECNE) собран в рамках Федеральной Исследовательской программы "Сейсмичность и сейсмические зоны Северной Евразии в ОИФЗ под руководством Кондорской Н.В, и Уломова В.И, {Ulomov V.I., 1993, KondorskayaN.V., et al, 1997).
На рисунке 2.1.1 вынесены данные (база данных ОИФЗ) о плановом положении наиболее сильных (М 6) землетрясений Западного Кавказа и выкопировка изосейст (бальности) сильных землетрясений в Крыму и на Анатолийском побережье. Характерно, что сейсмичность Причерноморья приурочена к периферии Черноморской впадины - к берегам моря и морским прибрежным зонам, преимущественно в областях крутого континентального склона. По результатам многолетних наблюдений всего диапазона сейсмической активности коры сейсмологи {Земная ..., 1975) делают вывод о непрерывности тектонических сдвиговых процессов от Западного Кавказа на север на Таманский полуостров и в Горный Крым, а так же на юг вдоль Северо-Анатолийского разлома. Для всей этой зоны (кроме Горного Крыма) характерна одна мода распределения эпицентров мелких и средних землетрясений (8 - 50 км). Их максимальное число приходится на глубины 8-20 км, т.е. на средние и нижние горизонты консолидированной коры, с резким уменьшением числа событий по глубине. Наряду с этим в Северо-Западном Предкавказье имеют место достаточно крупные и глубокие события, в частности, глубина очага Анапского землетрясения 1966 г. оценена в 35 км, кубанского 1926 г. - в 30-40 км, нижнекубанского 2002 г. - в 20 км {Татевосян Р.Э. и др., 2003).
Розовой Е.А. (1939) было показано, что очаги землетрясений на Кавказе располагаются вдоль отдельных линий, почти перпендикулярных Главному Кавказскому направлению. Эпицентры землетрясений приурочиваются, в основном, к зонам, разграничивающим области поднятий и опусканий, с одной стороны, и к поперечным поясам, совпадающим с поперечными антиклинальными перегибами в обшей структуре Кавказа, с другой (Белоусов В. В. и др., 1952). Как показал Кашкай М.А. (1967), на Кавказе значительные землетрясения (4 М 7.5) образуют поперечные (северо-восточное направления, азимут 50) и продольные сейсмоактивные зоны. Продольные общекавказские сейсмические зоны связаны с разломами меньшей глубины заложения, тогда как поперечные к ним сейсмические зоны соответствуют зонам глубинных разломов более глубокого заложения (Кириллова и др., I960). Вигинский В.А. (1997) сопоставил землетрясения, произошедшие в Краснодарском крае за последние 280 лет (по материалам банка данных по землетрясениям ИФЗ АН СССР), с зонами суммарных амплитуд новейших движений. Оказалось, что эпицентры землетрясений практически полностью совпадают с зонами высоких градиентов суммарных амплитуд новейших движений. Им были вьщелены зоны концентрации эпицентров - Ставропольская, Кубанская, Сочинская, Анапская и зона вдоль Каневско- Березане кого вала — которые имеют либо кавказское (Ставропольская), либо поперечное Кавказскому (Анапская, Сочинская) простирания. Стоит отметить, что по данным полевых наблюдений Института Океанологии вдоль Кавказского побережья современная микросейсмическая активность достигает 20 событий в сутки (Вержбицкий Е.В., 2003).
В Крымском регионе выделено два максимума сейсмической активности на 18 км и на 32 км. Интересно, что проекции очагов крымских землетрясений на вертикальную плоскость, проходящую через Ялту, имеет тенденцию к смещению в сторону берега (Горшков Г.П., Левицкая А.Я., 1947). Как отмечают авторы (Земная..,, 1975) характер распределения эпицентров подобен расположению очагов землетрясений в областях океанических желобов и островных дуг. Однако авторы осторожны в выводах и оставляют вопрос о погружении фокального слоя "под материк" открытым.
В Азовском море сейсмичность ничтожно мала за исключением Керченского пролива. Однако А.А. Никонов (2001) полагает, что Южно-Азовская и Северо-Азовская зоны являются сейсмогенерирующими и потенциально сейсмоопасными. Глубоководная впадина Черного моря также характеризуется минимумом активности.
Наиболее сильную сейсмическую активность имеют разломные зоны, контролирующие динамику вращения Анатолийской плиты {Никонов А.А., 2001). Так на наиболее протяженном субширотном Северо-Анатолийском разломе в XX веке произошло 24 землетрясения с магнитудой более 6-10; на Восточно-Анатолийском разломе, граничащем с Аравийской плитой в XIX и XX столетиях произошло более десятка разрушительных землетрясений. Коллизионное взаимодействие Аравийского континентального клина с южным окончанием мощной Евразийской плиты частично происходит по сегментарно протягивающемуся Северовосточно-Анатолийскому разлому, который входит в Рионскую впадину и здесь взаимодействует с идущей вкрест центральной частью Большого Кавказа. Вся указанная зона постоянно сейсмически активна, но крупных землетрясений не происходит (Platz-тап E.S. и др.,1994). Далее на восток вдоль Большого и Малого Кавказа (по мере приближения к Каспию) количество сильных землетрясений возрастает, но подавляющее число землетрясений так же принадлежит глубинам 5-20 км (Ахмедбейли Ф.С. и др.,2001).
Современные исследования относятся к Анатолийско-Кавказскому сектору (Короновский Н.В. и др., 2000; Reilinger R.E. et aL, 1997; Прилепин М.Т. и др., 1997; Шевченко В.И. и др., 1999). Частично результаты вынесены на схемы рис. 2.7.2, 2.7.3. Линиями показаны известные основные разломные нарушения (сдвиги, сбросы, надвиги); длинными стрелками показаны направления сдвигов коры и их доверительные интервалы, выявленные с помощью многолетних спутниковых (GPS) наблюдений за реперами (Reilinger R.E. и др., 1997; McClusky et aL, 1999).
Тектонические и геодинамические гипотезы развития Азово-Черноморского региона в альпийское время
Выше уже упоминалось, что детальными сейсмическими работами (Тектоника..., 1985) на шельфе и континентальном склоне восточной части Черного моря от Новороссийска до Сочи (рис. 2,3,7) было выявлены общие черты строения вала Шатского с крутым юго-западным склоном, обращенным к глубоководной части Черноморской впадины, плоским сводом и относительно пологим северовосточным склоном, обращенным к берегу. На северо-восточном склоне вала Шатского, на границе с береговой разломной зоной обнаружен узкий прогиб, асимметричная Туапсинская впадина. Её" максимальная амплитуда относительно юго-западного крыла акустического фундамента (9 км) определена до 2.5-4.0 км. С северо-запада на юго-восток простирание оси впадины в целом сохраняется параллельным берегу до г. Туапсе, а далее на юго-восток разрез осадочного чехла сокращается, глубина впадины уменьшается до 3 км и в районе г. Сочи с поворотом простирания оси выходит на сушу, приобретая наложенный характер. Разрез осадочных отложений на континентальной части целиком состоит из палеоцен-эоценового комплекса, мощность которого составляет 2 км. В морской части эта мощность выдержана вдоль всей Туапсинской впадины. Основным осадочным комплексом, выполняющим впадину, является глинистая майкопская толща вертикальной мощностью до 5 км и сокращенной мощностью на сводовой части вала Шатского, В послемай копское время вал Шатского вовлекается в погружение и глинистые отложения миоцен-плиоцена и антропогена лежат на валу Шатского и Туапсинском прогибе сплошным покровом. Структура юго-западного склона Туапсинсой впадины осложнена сильной диапироподобной складчатостью майкопских отложений, узкие линейные зоны которой рассматриваются как наиболее перспективные структуры для поиска углеводородов.
В гравитационном поле аномалий силы тяжести в редукции в свободном воздухе (рис. 2.4.5) вдоль берега выделяется линейная отрицательная аномалия, в первом приближении отвечающая Туапсинскому прогибу. Северо-западное крыло аномальной зоны сильно искажено гравитационной ступенью (70 мГал), связанной с 2-км разломной структурой рельефа (шириной «50 км). Мелкими изгибами изо-аномал (до 3 мГал) предположительно фиксируются линейные оползневые структуры, выделяемые на карте рельефа, с амплитудой до 250м. Карта аномалий Буге (сгп ,_ р0д = 2,30 г/см3) (рис. 2.4.16) также не полностью реализует возможности метода, так как тонкая структура поля искажена ошибками введения поправок за резко градиентные разломные зоны на границе континентального шельфа.
В структурных характеристиках локальных полей рельефа и поля силы тяжести (рис. 3.1.2) (см, пп, 2.2.2 и 2.4.4), проявленных линиями максимальных градиентов, знаками и амплитудами локальных аномалий фиксируются почти одинаковые системы субпараллельных зон. Как на суше, так и на акватории они подчиняются двум генеральным простираниям - северо-западному (кавказскому) и перпендикулярного ему северо-восточному простиранию, секущему береговую линию под углом около 90 . Линеаменты, подчиняющиеся северо-восточному направлению, стабильны, характеризуются большей устойчивостью к выбранному простиранию и имеют относительно небольшие плановые смещения осей при переходе от моря к суше. В пределах суши выделенные локальные аномалии рельефа полностью совпадают с фрагментами хребтов, межгорных впадин и речных долин. В поле гравитационных локальных аномалий аналогичные линеаменты хорошо совпадают с границами геологических комплексов Большого Кавказа, выделенных геологической съемкой, а также с крупными поперечными формами рельефа, по-видимому, раз-ломного характера, согласующимися с конфигурацией берега.
Зоны кавказского простирания в обоих типах полей менее стабильны в плане, аномалии вдоль простирания зоны имеют левосторонние и правосторонние сдвиги вплоть до фрагментарной изменчивости по знаку аномалий. В рельефе Западного Кавказа по Сухумско-Сочинскому сечению выделяются до 10 субпараллельных положительных зон рельефа. Далее на северо-запад с уменьшением амплитуды дневного рельефа количество этих зон уменьшается: на траверсе Сочи их - 6, Туапсе - 3, Новороссийска - 2. Сокращение числа этих зон до двух объясняется явным их срезанием береговой линией. В разломной зоне континентального склона они претерпевают изменения, а далее у подножья склона они вновь проявляются, но уже в рельефе рыхлых (2,00 г/см3) сильно пластичных отложений дна акватории. Их северо-западное простирание и ширина зон в значительной степени искажаются оползнями и конусами выносов рыхлых отложений. К тому же в морской части вдоль береговой линии прослеживается наложенная зона понижений локальных форм рельефа (рис. 3.1.2а) с амплитудой до -300м. Их ось находится в »25 км от берега. Это признаки Туапсинской впадины. Отражение впадины в рельефе континентального склона указывает на существование поддвига рыхлых осадочных отложений под береговые структуры. Причем скорость поддвига выше, чем скорость осадконакоп-ления. Вдоль простирания морфология этой отрицательной зоны рельефа нарушается (искажается) горизонтальным движением по зонам северо-восточного простирания, а также выше упомянутыми оползнями и рельефом конусов выноса рек Кавказского побережья.
Более устойчиво разломно-блоковая характеристика Туапсинской впадины и всего поднятия Шатского проявлена не в рельефе дна, а в простираниях и знаках локальных аномалий силы тяжести (рис. 3.1.26), которые для выбранной полосы частотного спектра связаны с более плотными породами верхней части акустического фундамента и осадочными породами нижней части чехла ( . 6.5 км).
На схеме разломно-блоковой тектоники (рис. 3.1.3) в дополнение к уже отмеченным линеаментам показаны три главных разломных направления северовосточного простирания, контролирующие различие динамики подвигга на данной территории. Условно их можно назвать «Сочинское», «Туапсинское» и «Новороссийское». Первое из них - это крупнейшая по тектоническому значению и протяженности секущая разломная структура, ограничивающая на северо-восточном склоне Западного Кавказа Лабино-Малкинскую зону. «Туапсинская» и «Новоро-сийская» разломные зоны также имеют региональное значение, а в пределах рассматриваемой территории они ограничивают область с максимальными горизонтальными движениями субдупирующих блоков коры поднятия Шатского. Разность скоростей хорошо прослеживается в геометрии границ Туапсинского прогиба и в смещении положения оси впадины по глубинным (рис. 3.1.26) и поверхностным (рис. 3.1.2а) её проявлениям,
